Mikä on LED ja miten se toimii. LED-tyypit ja -tyypit: luokitus, ominaisuudet, tarkoitus. Eri mallien LEDien ominaisuudet

Valoa lähettäviä puolijohdelaitteita käytetään laajalti valaistusjärjestelmien ohjaamiseen ja sähkövirran indikaattoreina. Ne viittaavat elektronisiin laitteisiin, jotka toimivat käytetyn jännitteen vaikutuksen alaisena.

Koska sen suuruus on merkityksetön, tällaiset lähteet kuuluvat pienjännitelaitteisiin ja niillä on lisääntynyt turvallisuusaste sähkövirran ihmiskehoon kohdistuvien vaikutusten kannalta. Loukkaantumisvaara kasvaa, kun niiden valaisemiseen käytetään suurjännitelähteitä, kuten kodin jännitettä. kotiverkko, joka vaatii erityisten virtalähteiden sisällyttämistä piiriin.

LED-suunnittelun erottuva piirre on kotelon suurempi mekaaninen lujuus kuin Ilyich- ja loistelamppujen. Oikein käytettynä ne toimivat pitkään ja luotettavasti. Niiden käyttöikä on 100 kertaa pidempi kuin hehkulankojen ja saavuttaa satatuhatta tuntia.

Tämä indikaattori on kuitenkin tyypillinen indikaattorirakenteille. U voimakkaita lähteitä käytetään valaistukseen lisääntyneet virrat, ja käyttöikä lyhenee 2÷5 kertaa.

Perinteinen merkkivalo on valmistettu epoksikotelosta, jonka halkaisija on 5 mm ja jossa on kaksi kosketusjohtoa sähkövirtapiireihin liittämistä varten: . Visuaalisesti ne eroavat pituudeltaan. Uudessa laitteessa ilman leikattuja koskettimia on lyhyempi katodi.

Yksinkertainen sääntö auttaa muistamaan tämän asennon: molemmat sanat alkavat kirjaimella "K":

Kun LEDin jalat on katkaistu, anodi voidaan määrittää kohdistamalla 1,5 voltin jännite yksinkertaisen AA-pariston koskettimiin: valo syttyy, kun napaisuus täsmää.

Valoa säteilevä aktiivinen puolijohdeyksittäinen kide on suorakaiteen muotoisen suuntaissärmiön muotoinen. Se asetetaan alumiiniseoksesta valmistetun parabolisen heijastimen lähelle ja kiinnitetään alustalle, jolla on johtamattomia ominaisuuksia.

Polymeerimateriaaleista valmistetun valon läpinäkyvän rungon päässä on linssi, joka fokusoi valonsäteet. Yhdessä heijastimen kanssa se muodostaa optisen järjestelmän, joka muokkaa säteilyvirran kulmaa. Sille on ominaista LED-valon suuntakuvio.

Se luonnehtii valon poikkeamaa kokonaisrakenteen geometriselta akselilta sivuille, mikä johtaa lisääntyneeseen hajaannukseen. Tämä ilmiö johtuu pienistä teknologiarikkomuksista tuotannon aikana sekä optisten materiaalien vanhenemisesta käytön aikana ja joistakin muista tekijöistä.

Kotelon pohjassa voi olla alumiini- tai messinkihihna, joka toimii jäähdyttimenä poistamaan sähkövirran kulusta syntyvän lämmön.

Tämä suunnitteluperiaate on laajalti hyväksytty. Sen pohjalta luodaan muita puolijohdevalolähteitä käyttämällä muita rakenneosia.

Valon emission periaatteet

Puolijohdeliitos p-n tyyppi muodosta yhteys lähteeseen DC jännite liittimien napaisuuden mukaisesti.

P- ja n-tyypin aineiden kontaktikerroksen sisällä sen vaikutuksen alaisena alkaa vapaiden negatiivisesti varautuneiden elektronien ja reikien liike, joilla on positiivinen varausmerkki. Nämä hiukkaset on suunnattu napoihin, jotka houkuttelevat niitä.

Siirtymäkerroksessa varaukset yhdistyvät uudelleen. Elektronit siirtyvät johtavuuskaistalta valenssikaistalle ylittäen Fermi-tason.

Tästä johtuen osa niiden energiasta vapautuu eri spektrin ja kirkkauden valoaaltojen vapautuessa. Aaltotaajuus ja värintoisto riippuvat sekamateriaalien tyypistä, josta se on valmistettu.

Jotta puolijohteen aktiivisen alueen sisällä voidaan lähettää valoa, kahden ehdon on täytyttävä:

1. Aktiivisen alueen kaistan leveyden tulisi olla lähellä emittoitujen kvanttien energiaa ihmissilmälle näkyvällä taajuusalueella;

2. Puolijohdekidemateriaalien puhtaus on varmistettava korkeaksi ja rekombinaatioprosessiin vaikuttavien vikojen määrän on oltava mahdollisimman pieni.

Tämä monimutkainen tekninen ongelma voidaan ratkaista useilla tavoilla. Yksi niistä on useiden kerrosten luominen p-n liitokset kun muodostuu monimutkainen heterorakenne.

Lämpötilan vaikutus

Lähdejännitetason noustessa puolijohdekerroksen läpi kulkeva virta kasvaa ja hehku kasvaa: lisääntynyt määrä varauksia tulee rekombinaatioalueelle aikayksikköä kohden. Samaan aikaan tapahtuu virtaa kuljettavien elementtien kuumenemista. Sen arvo on kriittinen sisäisten virtajohtimien materiaalille ja p-n-liitoksen aineelle. Liiallinen lämpötila voi vahingoittaa ja tuhota niitä.

LEDien sisällä sähkövirran energia muunnetaan suoraan valoksi ilman tarpeettomia prosesseja: toisin kuin hehkulangallisilla lampuilla. Tässä tapauksessa muodostuu minimaaliset hyötytehon häviöt johtuen johtavien elementtien alhaisesta kuumenemisesta.

Tästä johtuen näiden lähteiden korkea hyötysuhde luodaan. Mutta niitä voidaan käyttää vain silloin, kun itse rakenne on suojattu ja estetty ulkoiselta lämmöltä.

Valoefektien ominaisuudet

Kun reiät ja elektronit yhdistyvät eri koostumuksissa p-n-liitosaineissa, syntyy epätasainen valon emissio. Sille on yleensä tunnusomaista kvanttituottoparametri – yksittäisen rekombinoidun varausparin eristettyjen valokvanttien lukumäärä.

Se muodostuu ja esiintyy LEDin kahdella tasolla:

1. itse puolijohdeliitoksen sisällä - sisäinen;

2. suunnittelussa koko LED kokonaisuutena - ulkoinen.

Ensimmäisellä tasolla oikein valmistettujen yksittäiskiteiden kvanttisaanto voi saavuttaa arvon, joka on lähellä 100 %. Mutta tämän indikaattorin varmistamiseksi on tarpeen luoda suuria virtoja ja tehokas lämmönpoisto.

Itse lähteen sisällä toisella tasolla osa valosta hajoaa ja absorboi rakenneosia, mikä vähentää yleistä säteilytehokkuutta. Kvanttituoton maksimiarvo on tässä paljon pienempi. Punaista spektriä säteilevien LEDien kohdalla se ei ylitä 55 %, ja sinisillä se laskee vielä enemmän - 35 %:iin.

Valon värinläpäisytyypit

Nykyaikaiset LEDit lähettävät:

• Valkoinen valo.

Kelta-vihreä, keltainen ja punainen spektri

SISÄÄN p-n perusteella siirtymisessä käytetään galliumfosfideja ja arsenideja. Tämä tekniikka otettiin käyttöön 60-luvun lopulla elektronisten laitteiden ja kuljetusvälineiden ohjauspaneeleihin sekä mainostauluihin.

Tällaiset laitteet ylittivät välittömästi tuon ajan tärkeimmät valonlähteet - hehkulamput - valotehon suhteen ja ylittivät ne luotettavuudessa, käyttöiässä ja turvallisuudessa.

Sininen spektri

Sinisen, sinivihreän ja erityisesti valkoisen spektrin emittoreita on ollut pitkään vaikea toteuttaa vaikeuksien vuoksi kattava ratkaisu kaksi teknistä tehtävää:

1. rajallinen koko kaistavälille, jossa rekombinaatio tapahtuu;

2. korkeat vaatimukset epäpuhtauksille.

Jokaisessa sinisen spektrin kirkkauden lisäämisvaiheessa vaadittiin kvantin energian lisäystä laajentamalla kaistavälin leveyttä.

Ongelma ratkaistiin sisällyttämällä puolijohdeaineeseen piikarbideja SiC tai nitridejä. Mutta ensimmäisen ryhmän kehityksellä osoittautui olevan liian alhainen hyötysuhde ja alhainen kvanttipäästösaanto yhdelle rekombinoidulle latausparille.

Sinkkiselenidiin perustuvien kiinteiden liuosten sisällyttäminen puolijohdesiirtymään auttoi lisäämään kvanttisaantoa. Mutta tällaiset LEDit olivat lisääntyneet sähkövastus risteyksessä. Tästä johtuen ne ylikuumenivat ja paloivat nopeasti, eivätkä monimutkaiset lämmönpoistorakenteet niille toimineet tehokkaasti.

Ensimmäistä kertaa sinistä säteilevä diodi luotiin käyttämällä ohuita galliumnitridikalvoja, jotka oli kerrostettu safiirisubstraatille.

Valkoinen spektri

Sen saamiseksi käytetään yhtä kolmesta kehitetystä tekniikasta:

1. värien sekoittaminen RGB-menetelmällä;

2. levitetään kolme kerrosta punaista, vihreää ja sinistä loisteainetta ultravioletti-LEDiin;

3. sinisen LEDin peittäminen kelta-vihreällä ja vihreä-punaisella loisteainekerroksella.

Ensimmäisessä menetelmässä kolme yksittäiskitettä asetetaan yhdelle matriisille, joista jokainen lähettää oman RGB-spektrinsä. Suunnittelun takia optinen järjestelmä Linssin perusteella nämä värit sekoitetaan ja tuloksena saadaan kokonaisvalkoinen sävy.

U vaihtoehtoinen menetelmä värien sekoittuminen johtuu kolmen fosforikerroksen peräkkäisestä säteilytyksestä ultraviolettisäteilyllä.

Valkospektritekniikoiden ominaisuudet

RGB-tekniikka

Se sallii:

käyttää erilaisia ​​monokiteiden yhdistelmiä valaistuksen ohjausalgoritmissa yhdistämällä ne yksitellen manuaalisesti tai automaattisen ohjelman avulla;

aiheuttaa erilaisia ​​värisävyjä, jotka muuttuvat ajan myötä;

luoda näyttäviä valaistusjärjestelmiä mainontaan.

Yksinkertainen esimerkki tällaisesta toteutuksesta on . Samanlaisia ​​algoritmeja käyttävät myös suunnittelijat laajalti.

RGB LED -suunnittelun haitat ovat:

valopisteen epätasainen väri keskellä ja reunoilla;

epätasainen lämmitys ja lämmön poisto matriisin pinnasta, mikä johtaa eri nopeuksilla ikääntyminen p-n siirtymiä, jotka vaikuttavat väritasapainoon ja muuttavat valkoisen spektrin yleistä laatua.

Nämä haitat johtuvat eri paikoissa yksittäisiä kiteitä pohjapinnalla. Niitä on vaikea poistaa ja määrittää. Tämän RGB-tekniikan ansiosta mallit ovat monimutkaisimpia ja kalleimpia malleja.

LEDit loisteaineella

Ne ovat suunnittelultaan yksinkertaisempia, halvempia valmistaa ja yksikkökohtaisen säteilyn kannalta taloudellisempia valovirta.

Niille on ominaista haitat:

loisteainekerroksessa tapahtuu valoenergian häviöitä, jotka vähentävät valontuottoa;

tasaisen fosforikerroksen levittämistekniikan monimutkaisuus vaikuttaa värilämpötilan laatuun;

Loisteaineen käyttöikä on lyhyempi kuin itse LEDillä ja se vanhenee nopeammin käytön aikana.

Eri mallien LEDien ominaisuudet

Fosfori- ja RGB-tuotteilla varustetut mallit luodaan erilaisiin teollisiin ja kotitaloussovelluksiin.

Ruokailumenetelmät

Ensimmäisen massatuotannon merkkivalo kulutti noin 15 mA, kun se sai virtaa hieman alle kahden voltin tasajännitteestä. Nykyaikaisilla tuotteilla on paremmat ominaisuudet: jopa neljä volttia ja 50 mA.

Valaistuksen LEDit saavat virtansa samalla jännitteellä, mutta kuluttavat useita satoja milliampeeria. Valmistajat kehittävät ja suunnittelevat nyt aktiivisesti 1 A:n laitteita.

Valon tehokkuuden lisäämiseksi ollaan luomassa LED-moduuleja, jotka voivat käyttää peräkkäistä jännitesyöttöä jokaiseen elementtiin. Tässä tapauksessa sen arvo nousee 12 tai 24 volttiin.

Kun kytket jännitettä LEDiin, napaisuus on otettava huomioon. Kun se on rikki, virta ei kulje läpi eikä hehkua ole. Jos käytetään vaihtuvaa sinimuotoista signaalia, hehku tapahtuu vain, kun positiivinen puoliaalto kulkee läpi. Lisäksi sen vahvuus muuttuu myös suhteellisesti vastaavan virran arvon ilmestymisen lain mukaan polaarisella suunnalla.

On otettava huomioon, että käänteisellä jännitteellä puolijohdeliitoksen rikkoutuminen on mahdollista. Se tapahtuu, kun yksikiteinen ylittää 5 volttia.

Valvontamenetelmät

Säteilevän valon kirkkauden säätämiseen käytetään toista kahdesta ohjausmenetelmästä:

1. kytketyn jännitteen suuruus;

Ensimmäinen menetelmä on yksinkertainen, mutta tehoton. Kun jännitetaso laskee alle tietyn kynnyksen, LED voi yksinkertaisesti sammua.

PWM-menetelmä eliminoi tämän ilmiön, mutta se on paljon monimutkaisempi teknisessä toteutuksessa. Yksittäisen kiteen puolijohdeliitoksen läpi kulkevaa virtaa ei syötetä vakiomuodossa, vaan pulssikorkealla taajuudella, jonka arvo on useista sadasta tuhanteen hertsiin.

Muuttamalla pulssien ja niiden välisten taukojen leveyttä (prosessia kutsutaan modulaatioksi), hehkun kirkkautta säädetään laajalla alueella. Näiden virtojen muodostus yksittäiskiteiden kautta suoritetaan erityisillä ohjelmoivilla ohjausyksiköillä monimutkaisilla algoritmeilla.

Päästöspektri

LEDistä tulevan säteilyn taajuus on hyvin kapealla alueella. Sitä kutsutaan yksiväriseksi. Se eroaa radikaalisti Auringosta lähtevien aaltojen spektristä tai tavanomaisten valaistuslamppujen hehkulangoista.

Tällaisen valaistuksen vaikutuksesta ihmissilmään keskustellaan paljon. Emme kuitenkaan tiedä tämän asian vakavien tieteellisten analyysien tuloksia.

Tuotanto

Ledien valmistuksessa käytetään vain automaattilinjaa, jossa robottikoneet toimivat valmiiksi suunnitellulla tekniikalla.

Henkilön fyysinen käsityö on kokonaan suljettu tuotantoprosessin ulkopuolelle.

Koulutetut asiantuntijat valvovat vain tekniikan oikeaa kulkua.

Myös tuotteiden laadun analysointi on osa heidän velvollisuuksiaan.

Oleg Losev

Vuonna 1907 piikarbidikiteiden tuottama heikko hehku havaittiin ensimmäisen kerran tuntemattomien elektronisten muutosten vuoksi. Vuonna 1923 maanmiehimme, Nižni Novgorodin radiolaboratorion työntekijä Oleg Losev, pani merkille tämän ilmiön radiotekniikan tutkimuksessaan puolijohdeilmaisimilla, mutta havaitun säteilyn voimakkuus oli niin merkityksetön, että venäläinen tiedeyhteisö ei ollut vakavasti kiinnostunut tämä ilmiö tuolloin.

Viisi vuotta myöhemmin Losev aloitti nimenomaan tämän vaikutuksen tutkimisen ja jatkoi sitä lähes elämänsä loppuun asti (O.V. Losev kuoli piiritetyssä Leningradissa tammikuussa 1942 ennen kuin täytti 39 vuotta). Avaaminen "Losev Licht", kuten vaikutusta kutsuttiin Saksassa, missä Losev julkaisi tieteellisissä julkaisuissaan, siitä tuli maailmansensaatio. Ja transistorin keksimisen (vuonna 1948) ja pn-liitoksen (kaikkien puolijohteiden perustan) teorian luomisen jälkeen hehkun luonne tuli selväksi.

Vuonna 1962 amerikkalainen Nick Holonyak esitteli ensimmäisen LEDin toiminnan, ja pian sen jälkeen hän ilmoitti aloittavansa LEDien puoliteollisen tuotannon.

valodiodi (LED) on puolijohdelaite, sen aktiivinen osa, jota kutsutaan "kiteeksi" tai "siruksi", kuten tavanomaiset diodit, koostuu kahden tyyppisestä puolijohteesta - elektronisella (n-tyypin) ja reiän (p-tyypin) johtavuudella. Toisin kuin tavanomaisessa diodissa, LEDissä erityyppisten puolijohteiden rajapinnassa on tietty energiaeste, joka estää elektroni-reikäparien rekombinaation. Kiteen kohdistettu sähkökenttä mahdollistaa tämän esteen ylittämisen ja parin rekombinaatio (annihilaatio) tapahtuu valokvantin säteilyn myötä. Säteilevän valon aallonpituus määräytyy energiaesteen suuruuden mukaan, mikä puolestaan ​​riippuu puolijohteen materiaalista ja rakenteesta sekä epäpuhtauksien läsnäolosta.

Tämä tarkoittaa ensinnäkin, että tarvitsemme p-n-liitoksen, eli kontaktin kahden eri johtavuuden omaavan puolijohteen välillä. Tätä varten puolijohdekiteen lähikontaktikerrokset seostetaan erilaisilla epäpuhtauksilla: toisella puolella akseptoriepäpuhtaudet, toisella donorepäpuhtaudet.

Mutta kaikki pn-liitokset eivät lähetä valoa. Miksi? Ensinnäkin LEDin aktiivisen alueen kaistavälin tulisi olla lähellä näkyvän valon kvanttien energiaa. Toiseksi säteilyn todennäköisyyden elektroni-reikäparien rekombinaation aikana tulee olla korkea, minkä vuoksi puolijohdekiteessä tulee olla vähän vikoja, joiden vuoksi rekombinaatio tapahtuu ilman säteilyä. Nämä ehdot ovat tavalla tai toisella ristiriidassa keskenään.

Todellisuudessa molempien ehtojen täyttämiseksi yksi p-n-liitos kiteessä ei riitä, vaan on tarpeen valmistaa monikerroksisia puolijohderakenteita, ns. heterorakenteita, joiden tutkiminen venäläinen fyysikko Akateemikko Zhores Alferov sai Nobel-palkinnon vuonna 2000.

Miten LED toimii?

Perus nykyaikaiset materiaalit, käytetään LED-kiteissä:

• InGaN— kirkkaat siniset, vihreät ja ultravioletti-LEDit;
• AlGaInP— keltaiset, oranssit ja punaiset kirkkaat LEDit;
• AlGaAs— punaiset ja infrapuna-LEDit;
• GaP- keltaiset ja vihreät LEDit.

Lampputyyppisten LEDien (3, 5, 10 mm, muoto todella muistuttaa pienoislamppua kahdella liittimellä) lisäksi viime aikoina SMD-LEDit ovat yleistyneet. Ne ovat rakenteeltaan täysin erilaisia ​​täyttääkseen automaattisen pinta-asennustekniikan vaatimukset painettu piirilevy (pinta-asennettavat laitteet – SMD).

Ja tämän tyyppisiä erittäin kirkkaita LED-valoja kutsutaan emittereiksi (emitter, englanniksi "emitter").

SMD LEDit ota lisää kompaktit mitat, myönnä automaattinen sijoitus ja juottaminen levyn pintaan ilman manuaalista kokoonpanoa. Jotkut LED-valmistajat valmistavat erityisiä SMD-diodeja, jotka sisältävät kolme kristallia yhdessä pakkauksessa ja jotka säteilevät kolmen päävärin - punaisen, sinisen ja vihreän - valoa. Tämä mahdollistaa koko väriskaalan saamisen sekoittamalla niiden säteilyä, mukaan lukien valkoinen väri, erittäin pienikokoisina.

LED kirkkaus jolle on tunnusomaista valovirta (Lumens) ja aksiaalinen valovoima (Candela) sekä suuntauskuvio. Olemassa olevat erityyppiset LED-valot, jotka säteilevät avaruuskulmassa 4 - 140 astetta.

Väri, kuten tavallista, määräytyy kromaattisuuskoordinaateilla, valkoisen valon värilämpötilalla (Kelvin) ja säteilyn aallonpituudella (nanometreinä).

LEDien tehokkuuden vertaamiseen keskenään ja muihin valonlähteisiin käytetään valotehokkuutta: valovirran määrää wattia kohden. Sähkövoima(Lumen/Watt-ominaisuus).

Toinen mielenkiintoinen ominaisuus on hinta per lumen($/Lumen).

Joten mikä tahansa LED koostuu yhdestä tai useammasta kiteestä, joka on sijoitettu koteloon, jossa on kontaktijohdot ja optinen järjestelmä (linssi), joka muodostaa valovirran. Kiteen emission (värin) aallonpituus riippuu puolijohdemateriaalista ja dopingepäpuhtauksista. Kiteiden aallonpituuden yhdistäminen säteilyn aallonpituuden mukaan tapahtuu niiden valmistuksen aikana. Toimituserässä varten moderni tuotanto Valitaan kiteet, joilla on samanlainen säteilyspektri.

Laaja valikoima optiset ominaisuudet, pienoiskoot ja joustavat erilliset ohjausominaisuudet ovat varmistaneet LEDien käytön monenlaisten valaistuslaitteiden ja -tuotteiden luomiseen. LED säteilee kapeassa osassa spektriä tietyllä aallonpituudella, sen väri on puhdas, mitä suunnittelijat arvostavat erityisesti.

LEDin käyttöikä

Ledien luotettavuuden pääominaisuus on niiden käyttöikä. Käytön aikana on mahdollista kaksi tilannetta: emitterin valovirta joko pieneni osittain tai pysähtyy kokonaan. Käyttöikä heijastaa näitä tosiasioita: erottele hyödyllinen termi huolto (kunnes valovirta laskee tietyn rajan alapuolelle) ja täysi (kunnes laite epäonnistuu).

Käyttöikä riippuu suoraan LEDin tyypistä, siihen syötetystä virrasta, LED-sirun jäähdytyksestä, kiteen koostumuksesta ja laadusta, asettelusta ja kokoonpanosta kokonaisuutena.

LEDien sanotaan olevan erittäin kestäviä. Mutta näin ei ole. Mitä enemmän virtaa LEDin läpi kulkee sen käytön aikana, sitä korkeampi on sen lämpötila ja sitä nopeammin ikääntyminen tapahtuu. Siksi suuritehoisten LEDien käyttöikä on lyhyempi kuin pienitehoisten signaali-LEDien. Ikääntyminen ilmaistaan ​​ensisijaisesti kirkkauden vähenemisenä. Kun kirkkaus laskee 30 % tai puolet, LED on vaihdettava.

On selvää, että esimerkiksi LEDeissä, joiden teho on 1 W (käyttövirta 0,350 A) ja tehokkaampi, lämmöntuotto on paljon suurempi kuin "5 mm" -tyyppisissä LEDeissä, jotka on suunniteltu 0,02 A:n virralle. Valoteholtaan 1 LED, jonka teho on 1 W, korvaa noin 50 "5 mm" -tyyppistä LEDiä, mutta se myös kuumenee. Siksi LED-kokoonpanot suuritehoiset LEDit vaativat passiivista jäähdytystä (asennus MCPCB-levylle (metallipohjainen piirilevy) ja jäähdytyselementti).

Keskimääräinen käyttöikä

5 mm -LED ja SMD-LED:

Valkoinen jopa 50 000 tuntia ja valovirran pudotus jopa 35 % ensimmäisten 15 000 tunnin aikana.
sininen, vihreä 70 000 tuntiin asti valovirran pudotuksen ollessa jopa 15 % ensimmäisten 25 000 tunnin aikana.
punainen, keltainen jopa 90 000 tuntia valovirran lievällä laskulla.

HI-POWER LED alkaen 1 W ja enemmän:

Valkoinen jopa 80 000 tuntia ja valovirran pudotus jopa 15 % ensimmäisten 10 000 tunnin aikana.
sininen, vihreä 80 000 tuntiin asti.
punainen, keltainen 80 000 tuntiin asti.

Miksi valkoisilla LEDeillä on lyhin käyttöikä?

Valitettavasti kukaan ei ole vielä keksinyt rakenteita, jotka säteilevät valkoista valoa. Valkoisen diodin perustana on InGaN-rakenne, joka emittoi aallonpituudella 470 nm (sininen väri) ja sen päälle levitetty loisteaine (erikoiskoostumus), joka emittoi laajalla näkyvän spektrin alueella ja jolla on maksimi. keltainen osa. Ihmissilmä havaitsee tällaisen yhdistelmän valkoiseksi. Loisteaine heikentää LEDin lämpöominaisuuksia, joten sen käyttöikä lyhenee. Nyt maailman valmistajat keksivät uusia ja uusia vaihtoehtoja fosforin tehokkaaseen käyttöön.

Useimmat erittäin kirkkaat LEDit kestävät 50 000 - 80 000 tuntia. Onko se paljon vai vähän?

50 000 tuntia on:

24 tuntia vuorokaudessa 5,7 vuotta
18 tuntia vuorokaudessa 7,4 vuotta
12 tuntia päivässä 11,4 vuotta
8 tuntia päivässä 17,1 vuotta

LEDit kuumenevat

Monet ihmiset uskovat, että LEDit eivät käytännössä kuumene. Joten miksi LED-laitteet tarvitsevat jäähdytyselementin ja mitä tapahtuu, jos jäähdytyselementtiä ei ole?

LEDit tuottavat lämpöä puolijohdeliitoksessa. Ja mitä tehokkaampi LED, sitä enemmän lämpöä. Merkkivalot, esimerkiksi auton hälytysanturit, eivät tietenkään kuumene kovinkaan paljon. Mutta niillä on vähän yhteistä erittäin kirkkaiden LEDien kanssa. Jos tehokkaat LEDit yhdistetään jonkinlaiseksi kokoonpanoksi ja jopa asennetaan suljettuun koteloon, lämmityksestä tulee merkittävää.

Ja jos lämpöä ei poisteta, puolijohdeliitos ylikuumenee, mikä muuttaa kiteen ominaisuuksia, ja jonkin ajan kuluttua LED voi epäonnistua. Siksi on erittäin tärkeää valvoa tarkasti lämmön määrää ja varmistaa tehokas lämmönpoisto.

Miten LED reagoi lämpöön?

Kun puhutaan LEDin lämpötilasta, on tarpeen erottaa lämpötila kiteen pinnalla ja pn-liitoksen alueella. Käyttöikä riippuu ensimmäisestä, valoteho riippuu toisesta. Yleisesti ottaen pn-liitoksen lämpötilan noustessa LEDin kirkkaus laskee, koska sisäinen kvanttitehokkuus laskee hilavärähtelyjen vaikutuksesta. Tästä syystä hyvä lämmönpoisto on niin tärkeää.

Kirkkauden lasku lämpötilan noustessa ei ole sama erivärisille LEDeille. Se on suurempi punaisille ja keltaisille LEDeille ja pienempi vihreälle, siniselle ja valkoiselle.

Lähde: NPO:n RoSAT-verkkosivusto

Materiaalin kokonaisarvosana: 5

SAMANLAISET MATERIAALIT (TAGIN mukaan):

Videon isä Alexander Ponyatov ja AMPEX

LEDit ovat tulossa yhä suositumpia ratkaisuja monilla alueilla. Niitä voidaan käyttää koristetuotteina tai valaistukseen sisätiloissa sekä erilaisissa tiloissa rakennusten ulkopuolella. LEDejä toimitetaan markkinoille melko laajalla valikoimalla muunnelmia. Samanaikaisesti relevanttien tuotteiden kehittäjät tarjoavat ajoittain innovatiivisia ratkaisuja, jotka voivat tulevaisuudessa luoda uusia markkinarakoja. Mitkä ovat yleisimmät LED-tyypit nykyään? Mihin tarkoituksiin niitä voidaan käyttää?

Mitä ovat LEDit?

Ennen kuin tarkastelemme yleisiä LED-tyyppejä, tutkitaan yleistä tietoa vastaavista laitteista. LED on puolijohde, joka pystyy muuttamaan sähkövirran valoksi. Tässä tapauksessa puolijohdekide, joka on sen pääkomponentti, koostuu useista kerroksista, joille on ominaista 2 johtavuustyyppiä. Nimittäin - reikä ja elektroninen.

Ensimmäisen tyypin johtamiseen liittyy elektronin siirtyminen atomista toiseen, mikä on vapaa paikka. Toinen elektroni tulee vuorostaan ​​ensimmäiseen atomiin, toinen tulee edelliseen jne. Tämä mekanismi toimii atomien välisten kovalenttisten sidosten ansiosta. Tässä tapauksessa ne eivät liiku. Itse asiassa positiivinen varaus liikkuu, jota fyysikot tavanomaisesti kutsuvat aukoksi. Tässä tapauksessa, kun elektroni kulkee reikiin, valo vapautuu.

LEDin rakenne on yleensä samanlainen kuin tasasuuntaajadiodi. Eli siinä on 2 liitintä - anodi ja katodi. Tämä ominaisuus määrittää tarpeen säilyttää napaisuus, kun LED kytketään sähkövirtalähteeseen.

Vastaavat tuotteet on laskettu yleinen tapaus 20 milliampeerin tasavirralle. Periaatteessa tätä arvoa voidaan pienentää, vaikka tässä tapauksessa väri voi muuttua ja LEDin kirkkaus voi heikentyä. Vastaavaa parametria puolestaan ​​ei ole toivottavaa suurentaa. Jos virta ylittää optimaalinen arvo, sitten sen vähentämiseksi vaaditulle tasolle käytetään rajoittavaa vastusta.

LEDejä asennettaessa on syytä pitää mielessä muutamia vivahteita. Tämän määrää niiden sisäinen rakenne ja toteutustapa. Joissakin tapauksissa voi olla tarpeen käyttää stabilointia LED-valoille ja muille elektroniset komponentit varmistaakseen sen laitteen toiminnan, johon kyseinen tuote on asennettu.

LEDin puolijohteiden koostumuksesta riippuen se voi olla punainen, keltainen, vihreä tai sininen. Esimerkiksi jos vastaavan elektronisen komponentin rakenne sisältää galliumnitridiä, LED palaa sinisenä. Itse asiassa yksi kriteereistä, joiden perusteella tietyntyyppiset LEDit erotetaan, voi olla niiden väri.

Sovellus

Ensimmäiset markkinoille toimitetut LEDit valmistettiin metallikoteloissa. Vähitellen se alkoi korvata muovilla. Tässä tapauksessa väri valitaan yleensä ottaen huomioon LED-hehkun väri. Läpinäkyvät muovikotelot ovat kuitenkin myös melko yleisiä.

Tarkasteltavana olevia elektronisia laitteita käytetään laajasti monilla aloilla. Tämä johtuu siitä, että melkein kaikille on ominaista:

Energiatehokkuus;

Pitkä käyttöikä;

Kyky määrittää hehkun väri sekä säätää sen tehoa;

Turvallisuus;

Ympäristöystävällinen.

Jos puhumme energiatehokkuudesta, niin saman valotehokkuuden omaavilla LEDeillä voi olla huomattavasti vähemmän tehoa kuin perinteisillä lampuilla. Pienempi LED-teho heikkenee kokonaiskuorma rakennuksen energiajärjestelmään. Laitteiden käyttöikä voi olla useita kymmeniä kertoja pidempi kuin perinteisten lamppujen. Samanaikaisesti LEDit voivat olla toiminnaltaan täysin samanlaisia.

Tällaisten tuotteiden massakysynnän ja niiden kustannusten kasvaessa LEDejä käytetään yhä enemmän samoihin tarkoituksiin kuin perinteisiä lamppuja. Vastaavien ratkaisujen asentamisessa ei ole vaikeuksia perinteisiin valaistuslaitteisiin verrattuna. On vain tärkeää varmistaa, sopiiko tietty LED asennettavaksi huoneen sähköverkkoon. Tätä varten voi olla tarpeen tunnistaa sen pääparametrit etukäteen - ennen LED-valojen ostamista.

Mitä muita etuja harkittavilla ratkaisuilla voi olla?

Voidaan siis huomauttaa, että Värikäs lämpötila LED voi olla melkein mikä tahansa - myös yllä olevien värien yhdistelmä. Lisäksi laitteita voidaan täydentää erilaisilla valosuodattimilla, jotka voivat merkittävästi laajentaa LEDien valikoimaa halutun värilämpötilan valinnassa.

Mahdollisuus ohjata hehkutehoa on toinen kyseisten laitteiden etu. Tämä vaihtoehto sopii hyvin niiden korkeaan energiatehokkuuteen. LED-tehoa voidaan säätää sen mukaan automaattinen tila- perustuu valaistuslaitteiden todellisiin käyttöolosuhteisiin. Ja tämä ei käytännössä vaikuta niiden käyttöikään.

LEDit ovat ympäristöystävällisiä, koska ne eivät tuota ihmisille haitallista säteilyä. Tämä ominaisuus, taas laajentaa kyseisten laitteiden käyttömahdollisuuksia.

Luokitus: indikaattori- ja valaistusratkaisut

Asiantuntijat erottavat kaksi LED-pääluokkaa - merkkivalo ja valaistus. Ensimmäiset on tarkoitettu pääasiassa luomaan koristeellinen valaistusvaikutelma, ja niitä käytetään rakennuksen, huoneen, ajoneuvoa. Tai työkaluna tekstin tyylittelyyn - esimerkiksi mainosbannerille.

Siellä puolestaan ​​​​on LED-valaistus. Ne on suunniteltu kirkastamaan sisä- tai ulkovaloa. tietyllä alueella alueella - esimerkiksi jos otamme huomioon autojen LEDit. Tämäntyyppinen ratkaisu on vaihtoehto perinteisten lamppujen käytölle ja monissa tapauksissa edullisempi energiatehokkuuden ja ympäristöystävällisyyden kannalta.

Toteutustyypit

Mutta palataanpa LEDien luokitukseen. On mahdollista määritellä useita syitä niiden luokittelulle tiettyihin luokkiin. Asiantuntijoiden yleinen lähestymistapa sisältää seuraavat LED-tyyppien tunnistaminen:

Kuitua;

Katsotaanpa niitä tarkemmin.

Mitkä ovat DIP-LED-valojen erityispiirteet?

Jos tutkimme yksityiskohtaisemmin, kuinka tämäntyyppiset LED-valot ilmestyivät markkinoille, DIP-luokan laitteet voidaan katsoa ensimmäiseksi, jota alettiin myydä massa. Nämä ratkaisut ovat kiteitä, jotka on sijoitettu koteloihin, joissa on optisia komponentteja, erityisesti valonsäteen luovaa linssiä.

DIP-LEDit kuuluvat ilmaisinluokkaan. Heillä on toinen nimi - DIL. Ne asennetaan levylle, johon on ensin tehtävä reiät. Voidaan todeta, että tarkasteltavana olevan kategorian sisällä voidaan erottaa erilaisia ​​LED-tyyppejä, jotka eroavat polttimon halkaisijan, värin ja valmistusmateriaalin suhteen. Tässä tapauksessa vastaavat parametrit voidaan esittää laajimmalla alueella. Tarkasteltavana olevien liuosten muoto on lieriömäinen. Vastaavien LEDien joukossa on sekä yksivärisiä että monivärisiä laitteita.

Spider LED

Tämän tyyppinen LED on yleensä hyvin samanlainen kuin aikaisemmat laitteet. Mutta niillä on kaksi kertaa enemmän lähtöjä - 4. DIP-LED:illä on 2. Se, että esitetyssä ratkaisussa on enemmän lähtöjä, optimoi lämmönpoiston ja lisää vastaavien komponenttien luotettavuutta. Käytännössä niitä käytetään eri aloilla, erityisesti autojen led-valaisimina.

SMD LEDit

Nämä ratkaisut valmistetaan pinta-asennuskonseptilla. Ne ovat siis mille tahansa pinnalle asennettuja LEDejä, kun taas muut ratkaisut voidaan asentaa läpireiän asennuksella.

Tämän tyyppisten LEDien mitat voivat olla huomattavasti pienempiä kuin vaihtoehtoisten ratkaisujen mitat sekä rakenteet, joihin ne asennetaan. Jälleen sisään tässä tapauksessa On perusteltua puhua optimaalisesta lämmönpoistosta. SMD LEDien käyttö Monissa tapauksissa sen avulla voit laajentaa valaistussuunnittelun vaihtelua.

SMD-LEDit kuuluvat valaistusluokkaan. Niille on ominaista melko monimutkainen rakenne. Joten itse LED koostuu metallisubstraatista. Siihen kiinnitetään kide, joka juotetaan suoraan substraattirungon koskettimiin. Kiteen yläpuolelle asetetaan linssi. Tässä tapauksessa yhdelle alustalle voidaan asentaa 1-3 LEDiä. SMD sisältää yleisiä erittäin kirkkaita LED-tyyppejä, kuten 3528. Näillä ratkaisuilla on suuri kysyntä.

COB LEDit

Seuraava suosittu LED-tyyppi on COB. Se on valmistettu tekniikalla, jossa kristalli asennetaan suoraan taululle. Tämä päätös luonnehdittu iso määrä edut:

Yhdisteen suojaus hapettumista vastaan;

Pienet suunnittelumitat;

Lämmönpoistotehokkuus;

LEDien asennuskustannusten alentaminen - verrattuna erityisesti SMD-tyyppisiin laitteisiin.

Jos otamme huomioon edellä mainitut LED-tyypit, voidaan todeta, että COB-brändin ratkaisut voidaan luokitella innovatiivisimmiksi. Japanilaiset insinöörit ottivat tämän tekniikan käyttöön ensimmäisen kerran 2000-luvun lopulla. Nyt tämäntyyppiset LED-valot jatkavat suosiotaan.

Asiantuntijoiden mukaan tarkasteltavina olevista ratkaisuista voi tulla jopa markkinoiden suosituimpia, varsinkin jos puhutaan kaupallisesta segmentistä ja kodin valaistusalasta. On syytä huomata, että joillakin alueilla COB-LED-valojen käyttö voi olla vaikeaa. Näihin kuuluu ammattimaisten valaistuslaitteiden tuotanto. Tosiasia on, että kyseiset LEDit eivät ole kovin optimaalisia siltä kannalta, että ne sopeutuvat valaistuksen järjestämiseen vakiintuneella valovoimakäyrällä. Tällaisissa tapauksissa SMD-tyyppiset laitteet voivat olla sopivampia.

Kuvatut diodit luokitellaan valodiodiksi. Kuten asiantuntijat huomauttavat, ne voidaan luokitella parhaiksi valovirran ominaisuuksien perusteella. Niitä on saatavana markkinoilla eri väreissä, kuten punainen, vihreä, sininen ja myös valkoinen. Näiden mallien valovirran hajontakulma on 40-120 astetta.

Yhdelle alustalle voidaan asentaa yli 9 COB-LEDiä. Ne on päällystetty fosforilla, minkä seurauksena ne saavat korkean kirkkauden. Voidaan todeta, että näiden ratkaisujen valovirta on suurempi kuin SMD-laitteiden. Näin ollen, jos tarkastellaan, mikä LED-tyyppi on parempi, niin määritellyn kriteerin mukaan COB-luokan ratkaisulla voi olla etu.

COB-LEDejä käytetään myös autoteollisuudessa. Niitä voidaan käyttää osana etu-, takavaloja ja suuntavilkkuja. Tärkeintä on asentaa ostetut laitteet oikein. Tätä varten on järkevää kääntyä kokeneiden asiantuntijoiden puoleen.

Kuitu-LEDit

Kuitu-LEDit voidaan pitää innovatiivisina. Ne ilmestyivät markkinoille äskettäin, vuonna 2015. Kyseiset ratkaisut ovat eteläkorealaisten insinöörien kehittämiä.

Tämän tyyppisiä LED-valoja voidaan käyttää vaatteiden valmistuksessa. Eli niistä on täysin mahdollista tehdä paita tai t-paita, joka voi hehkua. Kuitu-LED-pohjaisten vaatteiden valmistuksessa käytetään myös erilaisia ​​polymeerejä sekä alumiiniyhdisteitä.

Hehkulamput

Toinen esimerkki innovatiivisista LEDeistä on Filament-ratkaisut. Niiden tärkein etu on korkea energiatehokkuus. Samalla teholla esimerkiksi COB:n kaltaisilla LEDeillä Filament-ratkaisut voivat tarjota korkeamman valaistuksen.

Kyseistä LED-valoa käytetään useimmiten sellaisen valmistuksessa. Tämä lähestymistapa mahdollistaa LEDin lähettämän valon jakamisen yli 360 astetta.

Kuinka valita paras vaihtoehto?

Kuinka määrittää LED-tyyppi, joka on optimaalinen tietylle mallille? Tässä asiassa on monia kriteerejä, joihin voit keskittyä. Periaatteessa on täysin oikeutettua määrittää LEDin soveltamisala sen luokituksen perusteella edellä käsiteltyjen ominaisuuksien mukaan. Tutkitaan sopivien elektronisten komponenttien valinnan erityispiirteitä ottaen huomioon laitteiden ominaisuudet:

LEDien valinta: DIP-ratkaisujen ominaisuudet

Kuten yllä totesimme, DIP-LEDit ovat ensimmäisiä markkinoille tulleita tuotteita. Ne sisältävät siis melko vanhoja, mutta edelleen kysyttyjä teknologioita. Niiden tärkeimmät edut ovat asennuksen helppous, kätevä muoto, alhainen energiankulutus, alhainen lämmitys ja melko korkea suojaus ulkoisilta vaikutuksilta.

Useimmiten kyseisiä LED-valoja on saatavana halkaisijaltaan 3 ja 5 mm. Jos vertailemme LEDejä tyypin mukaan, voimme päätellä, että tarkasteltavat ratkaisut ovat optimaalisimpia käyttöön:

Auton virityksen elementteinä;

Koriste-osina;

Osana pienitehoisia - vaihtoehtona kotitekoisille - taskulamppuille.

Kyseisten LEDien hinta ja saatavuus markkinoilla ovat suhteellisen alhaiset. Voidaan huomata, että yleisimpiä muutoksia ovat 12 voltin LEDit. Ne voivat olla läsnä erilaisissa online-luetteloissa sekä laajassa valikoimassa erikoisliikkeitä. Itse asiassa kaikille 12 voltin LEDeille on ominaista melko suuri kysyntä markkinoilla.

LEDien valinta: SMD-tyyppisten ratkaisujen ominaisuudet

Vastaava ratkaisutyyppi eroaa olennaisesti muista ulkonäöltään siinä, että sillä on litteä muoto. Nämä elektroniset komponentit asennetaan ilman jalkoja. SMD-tyyppisten LEDien virta syötetään liittimiin, jotka sijaitsevat niiden takapuolella.

Siten näiden laitteiden asennus suoritetaan ilman reikiä. LEDien sijoittelu voidaan tehdä erittäin kompaktisti. Tämän seurauksena rakenne, johon vastaavat laitteet sijaitsevat, voi myös pienentyä.

Kyseisten laitteiden pääasialliset käyttötavat ovat sama automaattinen viritys, erilaiset sisävalaistustyypit. Näiden vaihtoehtojen merkittävimpiä etuja ovat: korkea kirkkaus, valoteho. Yhdessä pienen kokonsa kanssa nämä ratkaisut tarjoavat merkittäviä etuja vaihtoehtoisiin tuotemalleihin verrattuna.

Yksi yleisimmistä nykyaikaisilla markkinoilla on 3528 LED-tyyppi. Näitä tuotteita käytetään laajasti LED-nauhat. Vastaavien tuotteiden suunnittelu mahdollistaa kolmiväristen LEDien valmistuksen - punaisella, sinisellä ja myös vihreitä kukkia hehku. Monet muut elektroniset komponentit valmistetaan 3528-tyyppisten ratkaisujen perusteella, kuten SMD 5050 -tyyppinen LED.

Kyseisille tuotteille on ominaista myös kohtuuhintaisuus. Niitä on yleensä markkinoilla laaja valikoima.

LEDien valinta: COB Solutionsin ominaisuudet

Ensinnäkin on syytä huomata, että merkittävä osa vastaavantyyppisistä LED-valoista on erittäin tehokkaita. Heidän ominaispiirre- valon nopea hajoaminen, kiitos kiteiden sijoittamisen pinnalle, mikä tarjoaa dynaamisen lämmön hajauttamisen.

Kyseiset ledit ovat erittäin kirkkaita. Tämä tekee niistä kysyttyjä erityisesti käytettäväksi auton ajovalojen suunnittelussa. On syytä huomata, että nämä tuotteet tulee asentaa ottaen huomioon useita merkittäviä vivahteita - vain kokeneet asiantuntijat voivat tietää nämä. Siksi on suositeltavaa, että otat yhteyttä pätevään huoltohenkilökuntaan sopivien ratkaisujen asentamiseksi.

Ledeistä on tullut yksi yleisimmistä valonlähteistä teollisuuden ja kotitalouksien tarpeisiin. Tässä puolijohdelaitteessa on yksi sähköliitos, joka muuntaa sähköenergian näkyvän valon energiaksi. Ilmiön löysi Henry Joseph Round vuonna 1907. Ensimmäiset kokeet suoritti Neuvostoliiton kokeellinen fyysikko O.V. Losev, joka vuonna 1929 onnistui saamaan toimivan modernin LEDin prototyypin.

Ensimmäiset modernit LEDit ( SD, LED, LED) luotiin 60-luvun alussa. Niissä oli heikko punainen hehku, ja niitä käytettiin virranilmaisimina useissa laitteissa. 90-luvulla ilmestyivät siniset, keltaiset, vihreät ja valkoiset LEDit. Monet yritykset alkoivat tuottaa niitä teollisessa mittakaavassa. Nykyään LED-diodeja käytetään kaikkialla: liikennevaloissa, hehkulampuissa, autoissa ja niin edelleen.

Laite

LED on puolijohdelaite, jossa on elektronireikäliitos, joka tuottaa optista säteilyä, kun virta kulkee sen läpi eteenpäin.

Vakiomerkkivalo koostuu seuraavista osista;

1 - Epoksilinssi
2 - Johdinkosketin
3 - Heijastin
4 — Puolijohde (määrittää hehkun värin)
5 ja 6 - Elektrodit
7 - Tasainen leikkaus

Katodi ja anodi on kiinnitetty LEDin pohjaan. Koko laite on hermeettisesti suljettu linssillä päällä. Katodille on asennettu kide. Koskettimissa on johtimet, jotka on yhdistetty kiteen p-n-liitoksella (yhdysjohto kahden johtimen yhdistämiseksi erilaisia ​​tyyppejä johtavuus). LEDin vakaan toiminnan luomiseksi käytetään jäähdytyselementtiä, joka on välttämätön valaistuslaitteille. Indikaattorilaitteissa lämmöllä ei ole ratkaisevaa merkitystä.

DIP-diodeissa on johdot, jotka on asennettu painetun piirilevyn reikiin sähköinen kosketin. On malleja, joissa on useita erivärisiä kiteitä yhdessä kotelossa.

SMD-LEDit ovat nykyään suosituimpia valonlähteitä missä tahansa muodossa.

• Kotelon pohja, johon kristalli on kiinnitetty, on erinomainen lämmönjohdin. Tämän ansiosta lämmönpoisto kiteestä on parantunut merkittävästi.
• Valkoisten LEDien rakenteessa linssin ja puolijohteen välissä on fosforikerros, joka neutraloi ultraviolettisäteilyn ja asettaa tarvittavan värilämpötilan.
• SMD-komponenteissa, joissa on laaja säteilykulma, ei ole linssiä. Samanaikaisesti itse LED erottuu suuntaissärmiön muodosta.

Chip-On-Board (COB) edustaa viimeisintä käytännön edistystä, joka on valmis ottamaan johtoaseman valkoisessa LED-valaistuksessa keinovalaistuksessa.

COB-teknologiaa käyttävien LEDien suunnittelussa oletetaan seuraavaa:

• Kymmeniä kiteitä ilman substraattia tai koteloa kiinnitetään alumiinipohjaan dielektrisellä liimalla.
• Tuloksena oleva matriisi on peitetty yhteisellä fosforikerroksella. Tuloksena on valonlähde, jonka valovirta jakautuu tasaisesti ilman varjojen mahdollisuutta.

Chip-On-Boardin muunnelma on Chip-On-Glass (COG), tekniikka, jossa monia pieniä kiteitä asetetaan lasipinnalle. Nämä ovat esimerkiksi hehkulamppuja, joissa säteilevä elementti on lasisauva, jonka LED-valot on päällystetty fosforilla.

Toimintaperiaate

Teknisistä ominaisuuksista ja lajikkeista huolimatta kaikkien LEDien toiminta perustuu yleinen käytäntö säteilevän elementin toiminta:

• Sähkön muuntaminen valovirraksi suoritetaan kristallissa, joka on valmistettu puolijohteista, joissa on eniten eri tyyppejä johtavuus.
• n-johtava materiaali saadaan dopingoimalla se elektroneilla ja p-johtava materiaali aukoilla. Tämän seurauksena vierekkäisiin kerroksiin ilmestyy erisuuntaisia ​​lisävarauksenkantajia.
• Kun kytketään tasajännite, elektronien ja reikien liike p-n-liitokseen alkaa.
• Varautuneet hiukkaset läpäisevät esteen ja alkavat yhdistyä uudelleen, jolloin sähkövirta kulkee.
• Elektronin ja aukon rekombinaatioprosessi p-n vyöhyke-siirtymä tapahtuu vapauttamalla energiaa fotonina.

Yleensä ilmoitettu fyysinen ilmiö yhteinen kaikille puolijohdediodit. Useimmissa tapauksissa fotonin aallonpituus on kuitenkin näkyvän säteilyspektrin ulkopuolella. Jotta alkuainehiukkanen voisi liikkua alueella 400-700 nm, tutkijat suorittivat monia kokeita ja kokeita eri kemiallisilla alkuaineilla. Tämän seurauksena ilmestyi uusia yhdisteitä: galliumfosfidi, galliumarsenidi ja monimutkaisempia muotoja. Jokaisella niistä on oma aallonpituus, eli oma säteilyn väri.
Lisäksi LEDin lähettämän hyödyllisen valon lisäksi p-n-liitoksessa syntyy tietty määrä lämpöä, mikä heikentää tehokkuutta. puolijohdelaite. Siksi suuritehoisten LEDien suunnittelu takaa tehokkaan lämmönpoiston.

Lajikkeet

Tällä hetkellä LED-diodit voivat olla seuraavan tyyppisiä:

• Valaistus, eli suurella teholla. Niiden valaistustaso on yhtä suuri kuin volframi- ja fluoresoivien valonlähteiden.
• Merkkivalot – pienellä teholla niitä käytetään laitteiden valaistukseen.

LED-osoitindiodit on jaettu:

• Double GaP (gallium, fosfori) - näkyvän spektrin rakenteessa on vihreää ja oranssia valoa.
• Kolminkertaiset AIGaA:t (alumiini, arseeni, gallium) - niissä on keltaista ja oranssia valoa näkyvän spektrin rakenteessa.
• Kolminkertainen GaAsP (arseeni, gallium, fosfori) - näkyvän spektrin rakenteessa on punainen ja kelta-vihreä valo.

Kotelotyypistä riippuen LED-elementit voivat olla:

• DIP- vanhentunut pienitehoinen malli, niitä käytetään valotaulujen ja lelujen valaisemiseen.
• "piranha" tai Superflux– DIP-analogeja, mutta neljällä koskettimella. Niitä käytetään autojen valaistukseen, ne kuumenevat vähemmän ja kiinnittyvät paremmin.
• SMD– yleisin tyyppi, jota käytetään useissa valonlähteissä.
• COB- Nämä ovat kehittyneitä SMD-LED-valoja.

Sovellus

LEDien sovellukset voidaan jakaa kahteen laajaan luokkaan:

• Valaistus.
• Käytä suoraa valoa.

Valaistuksessa LEDiä käytetään valaisemaan esinettä, tilaa tai pintaa sen sijaan, että se olisi suoraan näkyvissä. Näitä ovat sisävalaistus, taskulamput, rakennusten julkisivujen valaistus, autojen valaistus, matkapuhelimen näppäinten ja näyttöjen taustavalo ja niin edelleen. LED-diodeja käytetään laajalti kommunikaattoreissa ja matkapuhelimissa.

Suoraan LED-valo käytetään tiedon välittämiseen esimerkiksi täysvärisissä videonäytöissä, joissa LED-diodit muodostavat näytön pikselit, sekä aakkosnumeerisissa näytöissä. Suoraa valoa käytetään myös merkinantolaitteissa. Näitä ovat esimerkiksi autojen suuntavilkut ja jarruvalot, liikennevalot ja opasteet.

LEDien tulevaisuus

Tiedemiehet luovat uuden sukupolven LED-valoja, jotka perustuvat esimerkiksi perovskiitin nanokiteisiin ohuisiin kalvoihin. Ne ovat halpoja, tehokkaita ja kestäviä. Tutkijat toivovat, että tällaisia ​​LED-diodeja käytetään sen sijaan tavalliset näytöt kannettavat tietokoneet ja älypuhelimet, myös kotitalouksien ja katuvalaistuksessa.

Myös kuitu-LED-diodeja luodaan, joilla luodaan puettavia näyttöjä. Tiedemiehet uskovat sen luotu menetelmä Kuitu-LED-valojen tuotanto mahdollistaa massatuotannon ja tekee puettavan elektroniikan integroimisesta vaatteisiin ja tekstiileihin täysin edullista.

Tyypillisiä ominaisuuksia

LED-valoille on ominaista seuraavat parametrit:

• Väriominaisuudet.
• Aallonpituus.
• Nykyinen vahvuus.
• Jännite (syötetyn jännitteen tyyppi).
• Kirkkaus (valovirran voimakkuus).

LEDin kirkkaus on verrannollinen sen läpi kulkevaan virtaan, eli mitä korkeampi jännite, sitä suurempi kirkkaus. Valonvoimakkuuden yksikkö on lumenia steradiaania kohti ja se mitataan myös millikandeloissa. Valikoimasta löytyy kirkkaita (20-50 mcd.) sekä superkirkkaita (20 000 mcd. tai enemmän) valkoisia LED-diodeja.

Jännitehäviön arvo - ominaiskäyrä hyväksyttäviä arvoja suorat ja käänteiset sisällytykset. Jos syöttöjännite on suurempi kuin nämä arvot, havaitaan sähkökatkos.

Virran voimakkuus määrää hehkun kirkkauden. Valaistuselementtien virranvoimakkuus on yleensä 20 mA merkkivalojen kohdalla 20-40 mA.

LED-säteilyn väri riippuu puolijohdemateriaaliin lisätyistä aktiivisista aineista.

Valon aallonpituus määräytyy energia-eron perusteella elektronien siirtymän aikana rekombinaatiovaiheessa. Sen määräävät seostusepäpuhtaudet ja lähdepuolijohdemateriaali.

Hyödyt ja haitat

LEDien etuja ovat:

• Alhainen virrankulutus.
• Pitkä käyttöikä, mitattuna 30-100 tuhatta tuntia.
• Korkea valoteho. LEDit tarjoavat 10-250250 lumenia valovirran wattia kohden.
• Ei myrkyllistä elohopeahöyryä.
• Laaja sovellus.

Vikoja:

• Tuntemattomien valmistajien luomien heikkolaatuisten LEDien huonot ominaisuudet.
• Suhteellisesti korkea hinta korkealaatuiset ledit.
• Laadukkaiden virtalähteiden tarve.

Pähkinänkuoressa, Valodiodi(LED) on puolijohdelaite, joka lähettää valoa, kun sähkövirta kulkee sen läpi. Valoa syntyy, kun virtaa kuljettavat hiukkaset (eli elektronit ja aukot) yhdistyvät puolijohdemateriaaliin pn-liitoksessa.

Koska valo syntyy kiinteässä puolijohdemateriaalissa, LEDejä kuvataan solid-state-laitteiksi. Termi solid-state valaistus, joka sisältää myös orgaaniset valoa emittoivat diodit (OLED), erottaa tämän valaistustekniikan muista valonlähteistä, kuten hehkulampuista, halogeenilamput, loistelamput.

Erilaisia ​​LED-värejä

LEDin puolijohdemateriaalin sisällä energiavyöhykkeissä on elektroneja ja reikiä. Bandgap määrittää LEDin lähettämien fotonien (valohiukkasten) energian.

Fotonin energia määrää säteilevän valon aallonpituuden ja siten sen värin. Erilaiset puolijohdemateriaalit erilaisilla kaistavälillä tuottavat eri värisiä valoa. Tarkka aallonpituus (väri) voidaan virittää muuttamalla valoa emittoivan tai aktiivisen alueen koostumusta.

LEDit koostuvat kemiallisten alkuaineiden jaksollisen taulukon ryhmien III ja V puolijohdeelementtien yhdisteistä. Esimerkkejä tällaisista materiaaleista, joita käytetään yleisesti LED-valmistuksessa, ovat galliumarsenidi (GaAs) ja galliumfosfidi (GaP).

1990-luvun puoliväliin saakka LEDeillä oli rajoitettu värivalikoima, varsinkin kaupallisia sinisiä ja valkoisia LEDejä ei ollut olemassa. Galliumnitridi (GaN) -LEDien kehitys on täydentänyt väripalettia ja avannut monia uusia laitteita.

LEDien valmistuksessa käytetyt perusmateriaalit

Tärkeimmät LEDien valmistukseen käytetyt puolijohdemateriaalit ovat:

• InGaN: Korkean kirkkauden sininen, vihreä ja UV-LED
• AlGaInP: kirkkaat keltaiset, oranssit ja punaiset LEDit
• AlGaAs: punainen ja infrapuna-LED
• GaP: keltaiset ja vihreät LEDit

LEDien liitäntä

Kuten edellä mainittiin, LEDillä on erilaisia ​​värejä ja käyttöjännitteet. LEDin tärkeä ominaisuus on sen nimellisvirta. Käyttöjännitteestä riippuen meidän on vältettävä LEDin vahingoittamista suurella virralla.

Elektronisissa laitteissa, joiden syöttöjännite on 5 volttia, noin 220 ohmin resistanssi riittää yleensä useimmille pienitehoisille LEDeille.

LEDeillä on napaisuus. Siksi, jotta LED hehkuisi, sen anodi on kytkettävä virtalähteen positiiviseen ja katodi negatiiviseen. Tyypillisesti LEDillä on pidempi anodijalka kuin katodihaarassa. Lisäksi LED-kotelo on viistetty katodipuolelta.

Ei ole syytä huoleen, jos liitännässä on napaisuusvirhe. LEDille ei tapahdu mitään, se ei vain syty. Lukuunottamatta erityinen tilaisuus kun käytät erittäin korkeaa jännitettä.

sitä paitsi yksinkertaiset ledit, siellä on myös RGB-LEDit, joka voi näyttää minkä tahansa värin RGB-järjestelmän perusteella. RGB-LED voidaan ajatella kolmena erillisenä LEDinä samassa paketissa: punainen (R), vihreä (G), sininen (B). Muutamalla kunkin niistä hehkun voimakkuutta, voimme saada minkä tahansa värin.

U RGB LED Kytkentää varten on neljä nastaa - yksi jokaiselle värille (kolme nastaa) ja yksi plus (yhteinen anodi) tai miinus (yhteinen katodi) virtalähteelle.

Jos sinulla on RGB-LED, jossa on yhteinen katodi, kytkentäkaavio on seuraava:

Tässä näemme, että kolme nastaa on kytketty vastusten kautta virtalähteeseen tai mikro-ohjaimeen (esimerkiksi Arduino), ja neljäs nasta on kytketty virtalähteen negatiiviseen.

Jos sinulla on RGB-LED, jossa on yhteinen anodi, kytkentäkaavio on seuraava:

Huomaa, että sinun on kytkettävä vastukset jokaiseen väriin, koska LEDit toimivat pienemmällä jännitteellä kuin mikrokontrollerin lähtö. Tyypillisesti vastus, jonka resistanssi on 150-180 ohmia, riittää punaiselle LEDille ja 75-100 ohmia vihreälle ja siniselle.

Jos sinulla ei ole täsmälleen näitä vastuksia, käytä suurempaa vastusta (tämä pätee kaikissa tapauksissa, joissa resistanssia käytetään ylijännitesuojaukseen - valitsemme pienemmän jännitteen, LEDin säästämisen puolesta).